JP2012021619A - Compressor seal device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は圧縮機シール装置に関するものである。 The present invention relates to a compressor seal device.
圧縮機インペラ側からハウジング外方へのガス漏洩を抑制するための圧縮機シール装置として、ドライガスシール、もしくは非接触メカニカルシールと呼称されるものがあり、非接触メカニカルシールの一例は、特許文献1に開示されている。 As a compressor seal device for suppressing gas leakage from the compressor impeller side to the outside of the housing, there is one called a dry gas seal or a non-contact mechanical seal. An example of a non-contact mechanical seal is a patent document. 1 is disclosed.
上記非接触メカニカルシールは、
先端側にインペラを有する回転軸の長手方向中間部分に取り付けた回転リングと、
該回転リングに相対し且つ軸線方向へ微小移動し得るようにハウジングに装着した静止リングと、
該静止リングを回転リングに向けて付勢するスプリングとを備え、
前記回転リングの静止リングが相対する端面の外縁部分には、放射状に湾曲して延びる動圧発生溝が形成されている。
The non-contact mechanical seal is
A rotating ring attached to the middle portion in the longitudinal direction of the rotating shaft having an impeller on the tip side;
A stationary ring mounted on the housing so that it can move minutely in the axial direction relative to the rotating ring;
A spring for biasing the stationary ring toward the rotating ring,
A dynamic pressure generating groove extending in a radially curved manner is formed in the outer edge portion of the end face to which the stationary ring of the rotating ring faces.
特許文献1の非接触メカニカルシールでは、回転軸が停止しているとき、静止リングはスプリングによって回転リングに押圧されている。回転軸が回転し始めたときは、回転リングに静止リングが押圧されたままで双方が回転するが、回転リングの回転数が所定値を上回ると、前記動圧発生溝に取り込まれるガスにより回転リングと静止リングとの端面間に発生する動圧が前記スプリングの付勢力に打ち勝ち、静止リングを回転リングから離隔する方向へ微小変位させる。
In the non-contact mechanical seal of
これにより、回転リングと静止リングとが双方の端面間に僅かなシール間隙(2μm程)度を形成して回転し、回転リング及び静止リングが相互に摺動することに起因した摩耗が回避されるとともに、圧縮機インペラ側から前記シール間隙を経てハウジング外方へ漏洩するガスの量が最小限度に抑えられる。 As a result, the rotating ring and the stationary ring rotate with a slight sealing gap (about 2 μm) between both end faces, and wear due to the sliding of the rotating ring and the stationary ring with each other is avoided. In addition, the amount of gas leaking from the compressor impeller side to the outside of the housing through the seal gap is minimized.
特許文献1の非接触メカニカルシールを用いた圧縮機により昇圧されるガスが、可燃性、助燃性、毒性のものである場合には、圧縮機の運転中に前記回転リングと静止リングと間から漏洩するガスを回収して大気中への放散を防ぐための真空吸引手段や、不活性ガス(例えば窒素ガス)によって可燃性、助燃性のガスを希釈するための不活性ガス吹込供給手段を別途に設ける必要がある。
In the case where the gas pressurized by the compressor using the non-contact mechanical seal of
また、圧縮機が停止しているときには、静止リングがスプリングによって回転リングに押圧された状態となり、圧縮機インペラ側の気密性は保持されるはずであるが、実際には、表面凹凸などの微細な隙間があるため、完全にガス漏れを防止することはできない。 In addition, when the compressor is stopped, the stationary ring is pressed against the rotating ring by the spring, and the airtightness on the compressor impeller side should be maintained. Since there is a gap, gas leakage cannot be completely prevented.
このため、可燃性、助燃性、毒性のガスを対象とする圧縮機では、該圧縮機が停止しているときも前記真空吸引手段や不活性ガス吹込供給手段を稼働させて、大気中へのガスの放散を防ぎ、あるいは、ガスを希釈することなり、常に真空圧縮手段や不活性ガス吹込手段の動力経費が掛かることになる。 For this reason, in a compressor targeting flammable, auxiliary combustion, and toxic gases, the vacuum suction means and the inert gas blowing supply means are operated even when the compressor is stopped, Gas diffusion is prevented or gas is diluted, and power costs for the vacuum compression means and the inert gas blowing means are always applied.
本発明は上述した実情に鑑みてしたもので、回転軸停止時に圧縮機インペラ側の気密性を保てる圧縮機シール装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a compressor seal device that can maintain airtightness on the compressor impeller side when the rotary shaft is stopped.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、
回転軸に同軸に装着した回転環と、
該回転環に同軸に相対する静止環と、
該静止環を周方向に取り囲むようにハウジングに装着され且つ静止環を軸線方向へ移動可能に支持するホルダと、
前記静止環を回転環に向けて付勢するスプリングとを有し、
前記回転軸に補助環をホルダ内周面に対して空隙を隔てるように外嵌させ、
回転環と静止環の対向面の一方に動圧発生溝を設けた圧縮機シール装置において、
前記補助環の反回転環側の端面がホルダの反回転環側の端面と同一平面に位置するように形成し、
前記補助環及びホルダの反回転環側に、補助環とホルダとの間の空隙を全周にわたって封鎖し得るシール部材を装着したシール環を配置し、
圧縮機運転時に、前記空隙をシール部材が封鎖するようにシール環を補助環及びホルダへ向けて押し出し、圧縮機停止時に、前記空隙がシール部材によって封鎖されないようにシール環を補助環及びホルダから引き離す駆動手段を設けている。
In order to achieve the above object, the invention described in
A rotating ring mounted coaxially on the rotating shaft;
A stationary ring coaxially opposite the rotating ring;
A holder mounted on the housing so as to surround the stationary ring in the circumferential direction and supporting the stationary ring so as to be movable in the axial direction;
A spring for biasing the stationary ring toward the rotating ring,
The auxiliary ring is externally fitted to the rotating shaft so as to separate the gap from the inner peripheral surface of the holder,
In the compressor seal device provided with the dynamic pressure generating groove on one of the opposed surfaces of the rotating ring and the stationary ring,
The end surface on the counter-rotating ring side of the auxiliary ring is formed so as to be flush with the end surface on the counter-rotating ring side of the holder,
On the counter-rotating ring side of the auxiliary ring and the holder, a seal ring equipped with a seal member capable of sealing the gap between the auxiliary ring and the holder over the entire circumference is arranged,
When the compressor is in operation, the seal ring is pushed out toward the auxiliary ring and the holder so that the gap is sealed by the seal member. When the compressor is stopped, the seal ring is removed from the auxiliary ring and the holder so that the gap is not blocked by the seal member. A driving means for separating is provided.
請求項2に記載の圧縮機シール装置は、
シール部材にOリングを用い、シール環にOリングが嵌り込む溝を形成している。
The compressor seal device according to
An O-ring is used as the seal member, and a groove into which the O-ring is fitted is formed in the seal ring.
本発明の圧縮機シール装置によれば、下記のような優れた作用効果を奏し得る。 According to the compressor seal device of the present invention, the following excellent effects can be obtained.
(1)請求項1、2に記載の圧縮機シール装置にいずれにおいても、駆動手段によってシール環を補助環及びホルダに向けて押し出すと、シール環に装着されているシール部材が補助環とホルダの間に空隙を全周にわたって封鎖するので、圧縮機インペラ側の気密性を保持することができる。
(1) In any one of the compressor sealing devices according to
(2)請求項2に記載の圧縮機シール装置では、シール部材にOリングを用いたので、駆動手段によりシール環を押し出したときに、シール部材が補助環及びホルダに馴染みやすく、空隙を確実に封鎖することができる。 (2) In the compressor sealing device of the second aspect, since the O-ring is used as the sealing member, when the sealing ring is pushed out by the driving means, the sealing member is easily adapted to the auxiliary ring and the holder, and the gap is surely secured. Can be blocked.
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1(a)、(b)、図2、図3は本発明の圧縮機シール装置の第1の例を示すもので、先端A側にインペラを有する回転軸1の長手方向中間部1cにスリーブ2を外嵌させ、該スリーブ2に回転軸1の基端B側を向く接触端面3aを有する回転環3を外嵌させることにより、回転軸1に回転環3を同軸に装着している。回転軸1には、主電動機(図示せず)の出力軸の回転が増速機構を介して伝達される。回転環3には、例えば、ステンレス鋼の基材に窒化チタンなど摩耗し難い材料の被覆層を形成したものを用いる。なお、図1及び後述する図4における一点鎖線は、回転軸1の中心線を示す。
1 (a), (b), FIG. 2 and FIG. 3 show a first example of a compressor seal device of the present invention. In a longitudinal
回転軸1は、スリーブ2や後述の補助環4が外嵌される長手方向中間部1cよりも先端A側が、長手方向中間部1cに比べて直径が大きい大径部1aとして形成され、前記長手方向中間部1cよりも基端B側が、長手方向中間部1cに比べて直径が小さい小径部1bとして形成されている。
The rotating
スリーブ2は、回転環3の内周面、回転環3の外周面、及び回転環3において回転軸1の先端A側を向く面を覆う形状に形成されている。スリーブ2と回転環3には、回転軸1に平行な規制ピン5が嵌入されており、該規制ピン5は、スリーブ2に対する回転環3の周方向への変位を止める役割を担っている。
The
回転軸1の長手方向中間部1cに、該回転軸1の先端A側を向く端面が前記回転環3の接触端面3a内縁部分に当接する補助環4を外嵌させ、回転軸1の小径部1bにナット6を螺着して締め付けることにより、回転環3に補助環4を押し当てている。
An
圧縮機ハウジング7に、前記補助環4を周方向に取り囲むホルダ8をボルト8aにより締結し、回転軸1の先端A側を向く接触端面9aを有する静止環9を前記ホルダ8内部に支持させる。静止環9には、例えば、カーボンなどの摺動性に優れた素材を用いる。
A
ホルダ8には、静止環9を回転環3に同軸に位置させて静止環9を回転環3に近接離反する方向に導くための案内ピン10と、静止環9を回転環3に向けて付勢するスプリング11とが内装されており、該スプリング11は、圧縮機停止時において、静止環9の接触端面9aを回転環3の接触端面3aに押し付ける役割を担っている。
The
前記回転軸1に外嵌させてある補助環4外周面は、ホルダ8内周面に対して空隙12を隔てており、該空隙12は、回転軸1の基端B側から先端A側へ向かって見ると円形状を呈している。
The outer peripheral surface of the
回転環3の接触端面3a外縁部分には、放射状に湾曲して延びる動圧発生溝3bが形成されており、圧縮機の運転開始に伴って回転環3の回転数が所定値を上回ると、前記動圧発生溝3bに取り込まれるガスにより回転環3及び静止環9の接触端面3a,9aとの間に発生する動圧が前記スプリング11の付勢力に打ち勝ち、静止環9を回転環3から離隔する方向へ微小変位させるようになっている。
On the outer edge portion of the
なお、符号13は、回転軸1の大径部1aとスリーブ2との間に介在させたシール部材、符号14は、スリーブ2と回転環3との間に介在させたシール部材、符号15は、スリーブ2と補助環4との間に介在させたシール部材、符号16は、静止環9とホルダ8との間に介在させたシール部材であり、これらシール部材13,14,15,16には、Oリングを用いている。
図1(a)、(b)、図2、図3に示す圧縮機シール装置の特徴部分は、補助環4の回転環3とは反対側(反回転環側)の端面が、ホルダ8の回転環3とは反対側(反回転環側)の端面と同一平面に位置するように形成し、これら補助環4及びホルダ8の回転環3とは反対側(反回転環側)の端面に対向するように、補助環4とホルダ8との間の空隙12を全周にわたって封鎖し得るシール部材17を装着したシール環18を配置し、該シール環18を補助環4及びホルダ8へ向けて押し出すための駆動手段19を設けた点にある。
1 (a), 1 (b), FIG. 2 and FIG. 3 are characterized in that the end surface of the
シール部材17にはOリングを用いており、シール環18にはOリングが嵌り込む溝(例えば蟻溝)20が形成されている。
An O-ring is used for the
ホルダ8の回転環3とは反対側の端面には、回転軸1と平行に突出するガイドピン21が三本以上設けられ、前記シール環18には、ガイドピン21が挿通されるピン孔22を穿設してあり、シール環18がガイドピン21に沿って補助環4及びホルダ8に近接離反するようになっている。ガイドピン21を三本以上としてあるのは、シール環18の端面が補助環4及びホルダ8に平行となるように保持して、シール環18を滑らかに移動させるためである。
Three or more guide pins 21 projecting in parallel with the
駆動手段19は、シール環18の回転環3とは反対側の端面に向けて突出し且つサーボモータにより回転軸1と平行な方向に前進後退可能なロッド23を有している。この駆動手段19は、ロッド23がガイドピン21に干渉しないように、各ガイドピン21ごとに圧縮機ハウジング7に取り付けられ装着され、ロッド23先端がシール環18に締結されている。駆動手段19を各ガイドピン21ごとに設けてあるのは、シール部材17を装着したシール環18が補助環4及びホルダ8に向けて均等に押し出されるようにするためである。
The drive means 19 has a
次に、図1(a)、(b)、図2、図3に示す圧縮機シール装置の作動を説明する。回転軸1が停止しているとき、静止環9はスプリング11によって回転環3に向けて押し付けられ、回転環3及び静止環9の両接触端面3a,9aは互いに当接した状態になっている。
Next, the operation of the compressor seal device shown in FIGS. 1A, 1B, 2 and 3 will be described. When the
圧縮機を運転するときには、駆動手段19のロッド23を後退させ、シール環18を補助環4及びホルダ8から離し、補助環4及びホルダ8の間の空隙12が、シール環18に装着されているシール部材17によって封鎖されない状態とする。
When operating the compressor, the
可燃性、助燃性、毒性のガスを昇圧対象として、前述したように大気中へのガスの放散を防ぐための真空吸引手段を別途に設けた圧縮機では、該真空吸引手段を作動させておく。 In a compressor provided with vacuum suction means for preventing flammable, auxiliary combustion, and toxic gas from being pressurized as described above and preventing the gas from being released into the atmosphere as described above, the vacuum suction means is operated. .
主電動機を作動させて、回転軸1が回転し始めたときには、所定の回転数まで回転環3と静止環9は相対的に滑りを生じているが、回転環3の回転数が所定値を上回ると、前記動圧発生溝3bに取り込まれるガスにより回転環3及び静止環9との接触端面3a,9a間に発生する動圧が前記スプリング11の付勢力に打ち勝ち、静止環9を回転環3から離隔する方向へ微小変位させる。
When the main motor is operated and the
これにより、回転環3及び静止環9が双方の接触端面3a,9a間に僅かなシール間隙(2μm程度)を形成して回転し、回転環3及び静止環9が相互に摺動することに起因した摩耗が回避され、シール部材17が補助環4及びホルダ8の間の空隙12を閉止しない状態となっているので、補助環4及びシール部材17が摺動することに起因した摩耗も回避される。
Thereby, the
上記シール間隙が形成されると、圧縮機インペラ側から微量のガスが、回転環3及び静止環9が双方の両接触端面3a,9a間のシール間隙、及び補助環4及びホルダ8の間の空隙12を経て圧縮機ハウジング7外方へ漏洩するが、可燃性、助燃性、毒性のガスを昇圧対象とする圧縮機では、前述した真空吸引装置を作動させておくことにより、大気中へのガスの放散を防げる。
When the seal gap is formed, a small amount of gas from the compressor impeller side causes the
主電動機の運転を中断して、回転軸1が停止すると、前記動圧発生溝3bによるガスの取り込みがなくなり、回転環3及び静止環9との接触端面3a,9a間に動圧が発生しなくなるので、静止環9が前記スプリング11の付勢力によって回転環3に押し付けられる。
When the operation of the main motor is interrupted and the
このとき、駆動手段19のロッド23を前進させ、シール環18を補助環4及びホルダ8に近付け、補助環4及びホルダ8の間の空隙12を、シール環18に装着されているシール部材17によって封鎖した状態とすると、圧縮機インペラ側と外部との連通が遮断され、圧縮機インペラ側の気密性を保てる。
At this time, the
このため、可燃性、助燃性、毒性のガスを対象とする圧縮機では、圧縮機停止時に前記真空吸引手段を稼働させる必要がなくなり、真空圧縮手段の動力経費を軽減できる。 For this reason, in a compressor targeting flammable, auxiliary combustion, and toxic gases, it is not necessary to operate the vacuum suction means when the compressor is stopped, and the power cost of the vacuum compression means can be reduced.
シール部材17に用いるOリングは、その断面形状や素材(ゴム)の物性に起因して、駆動手段19によりシール環18を押し出す際に、補助環4及びホルダ8に馴染みやすく、空隙12を確実に封鎖することができる。更に、溝20を蟻溝とすれば、該蟻溝とOリングとの組み合わせによって、シール環18からのシール部材17の脱落を防止できる。
The O-ring used for the
また、沸点が低いガスに用いる圧縮機(例えば、ヒートポンプ)では、圧縮機停止時に冷媒が凝縮して圧縮機インペラ側が負圧になり、大気が圧縮機内へ入り込むことが想定されるが、この問題は、インペラ側の気密性を保つことが可能な図1(a)、(b)、図2、図3に示す圧縮機シール装置を用いれば、解消できる。 Further, in a compressor (for example, a heat pump) used for a gas having a low boiling point, it is assumed that the refrigerant condenses when the compressor is stopped, the compressor impeller side becomes negative pressure, and the atmosphere enters the compressor. Can be eliminated by using the compressor seal device shown in FIGS. 1A, 1B, 2 and 3 that can maintain the airtightness on the impeller side.
図4(a)、(b)は本発明の圧縮機シール装置の第2の例を示すもので、図中、図1(a)、(b)、図2、図3と同一の符号を付した部分は同一物を表している。 4 (a) and 4 (b) show a second example of the compressor seal device of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 1 (a), (b), 2 and 3 are used. The attached parts represent the same thing.
この圧縮機シール装置では、図1(a)、(b)におけるスリーブ2を用いずに、回転軸1の長手方向中間部1cに直接、回転環3を外嵌させ、回転軸1の大径部1aと回転環3に回転軸1に平行な規制ピン5が嵌入し、該規制ピン5により大径部1aに対する回転環3の周方向への変位を抑止している。
In this compressor seal device, without using the
補助環4の形状は図1(a)、(b)に図示されたものと異なるが、回転軸1の小径部1bに螺着したナット6を締め付けることによって、補助環4が回転環3の接触端面3a内縁部分に押し当てられていることは変わらない。
Although the shape of the
従って、本発明の圧縮機シール装置の第2の例も、先に述べた第1の例と同様に、駆動手段19のロッド23を前進させ、シール環18を補助環4及びホルダ8に近付け、補助環4及びホルダ8の間の空隙12を、シール環18に装着されているシール部材17によって封鎖した状態とすると、圧縮機インペラ側と外部との連通が遮断され、圧縮機インペラ側の気密性を保てる。
Accordingly, in the second example of the compressor seal device of the present invention, the
1 回転軸
3 回転環
3b 動圧発生溝
4 補助環
7 圧縮機ハウジング(ハウジング)
8 ホルダ
9 静止環
9a 接触端面
11 スプリング
12 空隙
17 シール部材
18 シール環
19 駆動手段
20 溝
1 Rotating
8
Claims (2)
該回転環に同軸に相対する静止環と、
該静止環を周方向に取り囲むようにハウジングに装着され且つ静止環を軸線方向へ移動可能に支持するホルダと、
前記静止環を回転環に向けて付勢するスプリングとを有し、
前記回転軸に補助環をホルダ内周面に対して空隙を隔てるように外嵌させ、
回転環と静止環の対向面の一方に動圧発生溝を設けた圧縮機シール装置において、
前記補助環の反回転環側の端面がホルダの反回転環側の端面と同一平面に位置するように形成し、
前記補助環及びホルダの反回転環側に、補助環とホルダとの間の空隙を全周にわたって封鎖し得るシール部材を装着したシール環を配置し、
圧縮機運転時に、前記空隙をシール部材が封鎖するようにシール環を補助環及びホルダへ向けて押し出し、圧縮機停止時に、前記空隙がシール部材によって封鎖されないようにシール環を補助環及びホルダから引き離す駆動手段を設けたことを特徴とする圧縮機シール装置。 A rotating ring mounted coaxially on the rotating shaft;
A stationary ring coaxially opposite the rotating ring;
A holder mounted on the housing so as to surround the stationary ring in the circumferential direction and supporting the stationary ring so as to be movable in the axial direction;
A spring for biasing the stationary ring toward the rotating ring,
The auxiliary ring is externally fitted to the rotating shaft so as to separate the gap from the inner peripheral surface of the holder,
In the compressor seal device provided with the dynamic pressure generating groove on one of the opposed surfaces of the rotating ring and the stationary ring,
The end surface on the counter-rotating ring side of the auxiliary ring is formed so as to be flush with the end surface on the counter-rotating ring side of the holder,
On the counter-rotating ring side of the auxiliary ring and the holder, a seal ring equipped with a seal member capable of sealing the gap between the auxiliary ring and the holder over the entire circumference is arranged,
When the compressor is in operation, the seal ring is pushed out toward the auxiliary ring and the holder so that the gap is sealed by the seal member. When the compressor is stopped, the seal ring is removed from the auxiliary ring and the holder so that the gap is not blocked by the seal member. A compressor seal device comprising a drive means for pulling apart.
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